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Percorso della pagina
  1. Area di Scienze
  2. Corso di Laurea Magistrale
  3. Fisica [F1703Q - F1701Q]
  4. Insegnamenti
  5. A.A. 2023-2024
  6. 1° anno
  1. Metodi Sperimentali in Fisica delle Alte Energie
  2. Introduzione
Insegnamento Titolo del corso
Metodi Sperimentali in Fisica delle Alte Energie
Codice identificativo del corso
2324-1-F1701Q104
Descrizione del corso SYLLABUS

Syllabus del corso

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Esporta

Obiettivi

Fornire le conoscenze di base per la comprensione di un moderno esperimento di Fisica delle Alte Energie

Contenuti sintetici

Acceleratori di particelle. Tipologie di esperimenti. Rivelatori di radiazione e loro impiego negli apparati sperimentali di misura. Gli attuali esperimenti all’energia di frontiera: ATLAS e CMS. Prospettive per il futuro.

Programma esteso

Evoluzione delle tecniche di accelerazione di particelle e prospettive future.

Radiazione di sincrotrone e sue implicazioni sulle tecniche di accelerazione: protosincrotroni e acceleratori lineari.

Fisica degli acceleratori: principi base, linearizzazione delle equazioni di trasporto del fascio, teorema di Liouville, ellitticità ed evoluzione dello spazio-fasi, emittanza e luminosità.

Impiego dei fasci: esperimenti ai collider e a targhetta fissa.

Produzione di fasci secondari di pioni, kaoni, fotoni e neutrini.

Principali caratteristiche, limiti e prestazioni dei più importanti rivelatori: scintillatori, camere a filo, TPC, rivelatori allo stato solido e Cerenkov.

Teoria della formazione del segnale in un rivelatore: derivazione del Teorema di Ramo.

Organizzazione dei rivelatori in un apparato.

Misura del momento in uno spettrometro magnetico e risoluzioni ottenibili.

Riconoscimento di particelle a momento noto tramite misure di velocità: tempo di volo, Cerenkov a soglia o differenziale o ring–imaging, e radiazione di transizione.

Misura dell’energia e riconoscimento di particelle mediante assorbimento totale: calorimetria elettromagnetica e/o adronica.

Risoluzione energetica dei calorimetri e problema della compensazione.

Caratteristiche dei due esperimenti ATLAS e CMS: filosofia di base ed implicazioni.

Confronto delle prestazioni dei due esperimenti e loro grado di complementarietà.

Prerequisiti

Fondamenti di Meccanica, Elettromagnetismo, Ottica, Relatività Speciale, Struttura della Materia e Particelle Elementari.

Modalità didattica

Lezione frontale (6 CFU)
In caso del protrarsi delle restrizioni di accesso per pandemia, le lezioni saranno video-registrate con possibilità di video-conferenza sincrona.

Materiale didattico

K. Wille, “The Physics of Particle Accelerators”

J. Rossbach, “Basic Course on Accelerator Optics”

T. Ferbel, “Experimental Techniques in High Energy Physics”

Review of Particle Physics, J. Beringer et al. (Particle Data Group), Phys. Rev. D86, 010001 (2012)

L.D. Landau, “The Classical Theory of Fields”

L.D. Landau, “Mechanics”

Periodo di erogazione dell'insegnamento

Secondo semestre

Modalità di verifica del profitto e valutazione

Esame orale basato sulla discussione di un esperimento scelto dallo studente.

Orario di ricevimento

A richiesta dello studente

Sustainable Development Goals

ISTRUZIONE DI QUALITÁ
Esporta

Aims

To provide the basic knowledge to understand a modern High Energy Physics experiment.

Contents

Particle accelerators. High Energy Physics experiment typology. Radiation detectors and their employ in the HEP experiments. The present experiments at the HE frontier: ATLAS and CMS. Prospects for HEP experiments.

Detailed program

Acceleration technique evolution and future prospects.

Synchrotron radiation and its impact on the accelerator techniques: proto-synchrotrons and linear accelerators.

Accelerator physics: basic concepts, linearization of the beam transport-equation, Liouville’s theorem, evolution of the phase-space ellipse, emittance and luminosity.

Beam exploitation: collider mode and fixed target experiments.

Secondary beam production: pion, kaon, photon and neutrino beams.

Main features, limits and performance of the most important detectors: scintillators, wire chambers, TPC, solid-state detectors and Cerenkov detectors.

Theory of detector signal formation: derivation of Ramo’s Theorem.

Detector organization in an experimental apparatus.

Momentum measurement with a magnetic spectrometer and achievable resolution.

Particle ID by time of flight, threshold/differential/ring-imaging Cerenkov detectors, and transition-radiation detectors.

Energy measurement and ID by total absorption of particles: EM and hadronic calorimetry.

Energy resolution of calorimeters and the compensation challenge.

Features of ATLAS and CMS experiments: basic approach and implications.

Comparative discussion of their performance and complementarity level.

Prerequisites

Foundations of Mechanics, Electromagnetism, Optics, Special Relativity, Structure of Matter, and Particle Physics.

Teaching form

Lectures, 6 credits

In the case of pandemic restrictions, the lectures will be video-recorded and, whenever possible, given in live streaming with the possibility to ask questions.

Textbook and teaching resource

K. Wille, “The Physics of Particle Accelerators”

J. Rossbach, “Basic Course on Accelerator Optics”

T. Ferbel, “Experimental Techniques in High Energy Physics”

Review of Particle Physics, J. Beringer et al. (Particle Data Group), Phys. Rev. D86, 010001 (2012)

L.D. Landau, “The Classical Theory of Fields”

L.D. Landau, “Mechanics”

Semester

Second semester

Assessment method

Discussion of an experiment chosen by the student

Office hours

On student's request

Sustainable Development Goals

QUALITY EDUCATION
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Scheda del corso

Settore disciplinare
FIS/04
CFU
6
Periodo
Secondo Semestre
Tipo di attività
Obbligatorio a scelta
Ore
45
Tipologia CdS
Laurea Magistrale
Lingua
Italiano

Staff

    Docente

  • LM
    Luigi Moroni
  • TT
    Tommaso Tabarelli de Fatis

Opinione studenti

Vedi valutazione del precedente anno accademico

Bibliografia

Trova i libri per questo corso nella Biblioteca di Ateneo

Metodi di iscrizione

Iscrizione spontanea (Studente)
Iscrizione manuale

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